Etude de la compétition à l’entrée des électrons dans la chaîne respiratoire : Une régulation métabolique plus que structurelle

Study of the mechanism of electron donor competition in the respiratory chain : A metabolic regulation more than structural

• Auteur / Autrice : Thibaut Molinié
• Direction : Arnaud Mourier
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biochimie
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la vie et de la santé (Talence, Gironde ; 1993-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Métabolisme énergétique cellulaire
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de biochimie et génétique cellulaires (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Agnès Nadjar
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Arnaud Mourier, Agnès Nadjar, Renée Ventura-Clapier, Axel Magalon
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Renée Ventura-Clapier, Axel Magalon
• DOI : 10.70675/6d7954c5z2007z491fzb32dze0431ce15077

Mots clés

Mots clés contrôlés

Cycle de Krebs

Cytochrome-oxydase

NMDA (molécule)

Chimie supramoléculaire

Mots clés libres

Oxphos

Compétition à l’entrée des électrons

Supercomplexes

Navette malate-Aspartate

Cycle de Krebs

Oxaloacetate

Oxphos

Electron donnor competition

Supercomplex

Malate-Aspartate shuttle

Krebs cycle

Oxaloacetate

Résumé

Grâce à plusieurs ubiquinones oxydoréductases, de nombreuses voies métaboliques sont sous la dépendance de la chaîne respiratoire de mammifère (Béta-oxydation, synthèse des pyrimidines, navette redox, cycle de Krebs). Physiologiquement, la chaîne respiratoire dispose d’une multitude de substrats respiratoires pouvant alimenter simultanément ces oxydoréductases. Il a été émis l’hypothèse que l’organisation supramoléculaire (appelé supercomplexe) du complexe I de la chaîne respiratoire permettrait de favoriser et prioriser le flux d’électron provenant de ce complexe par rapport aux autres oxydoréductases. L’objectif de ce travail de thèse a été de déterminer la possible incidence fonctionnelle de cette organisation supramoléculaire. En particulier, nous avons développé de nouvelles stratégies expérimentales afin de déterminer si cette organisation supramoléculaire pouvait orchestrer l’approvisionnement en électron de la chaine respiratoire depuis les différentes ubiquinones oxydoréductases. La première partie de ce travail a caractérisé l’incidence fonctionnelle d’une désorganisation de l’organisation supramoléculaire de la chaine respiratoire consécutive à la perte du facteur d’assemblage COX7A2L. Cette étude a démontré que la perte des supercomplexes III2-IV de la chaîne respiratoire n’était associé à aucun défaut bioénergétique majeur affectant la respiration associée à l’oxydation du NADH ou du succinate. La seconde partie de ce travail de thèse a mis en évidence que les chaines respiratoires des mitochondries hépatiques et cardiaques privilégient l’oxydation du succinate au détriment du NADH. Cette observation démontre que l’organisation supramoléculaire du complexe I avec les autres constituants de la chaine respiratoire ne permet pas de favoriser l’oxydation du NADH. Notre travail a surtout permis de montrer que l’inhibition directe du complex II par l’oxaloacetate intramitochondrial pouvait être un mécanisme extrêmement réactif permettant de réorienter les flux métaboliques intramitochondriaux et d’orchestrer l’activité des complexe I et II de la chaine respiratoire afin de privilégier la réoxydation du NADH.

The mammalian respiratory chain has several ubiquinone oxidoreductases which place numerous metabolic pathways under the control of its activity (beta-oxidation, synthesis of pyrimidines, redox shuttle, Krebs cycle). Physiologically, the respiratory chain has a multitude of respiratory substrates that can simultaneously supply these oxidoreductases. It has been hypothesized that the supramolecular organization (called supercomplex) of complex I of the respiratory chain would promote and prioritize the flow of electrons from this complex over other oxidoreductases. The objective of this thesis work was to determine the possible functional impact of this supramolecular organization. In particular, we have developed new experimental strategies to determine whether this supramolecular organization could orchestrate the supply of electrons to the respiratory chain from the various ubiquinone oxidoreductases.The first part of this work characterized the functional consequences of a disorganization of the supramolecular organization of the respiratory chain following the loss of the assembly factor COX7A2L. This study demonstrated that the loss of the III2-IV supercomplexes of the respiratory chain was not associated with any major bioenergetic defect affecting respiration associated with the oxidation of NADH or succinate. The second part of this thesis work showed that the respiratory chains of the hepatic and cardiac mitochondria favor the oxidation of succinate against NADH. This observation demonstrates that the supramolecular organization of complex I with the other constituents of the respiratory chain does not promote the oxidation of NADH. Our work has above all made it possible to show that the direct inhibition of complex II by intramitochondrial oxaloacetate could be an extremely powerful mechanism making it possible to reorient intramitochondrial metabolic flows and to orchestrate the activity of complexes I and II of the respiratory chain in order to favor the oxidation of NADH.